用于印刷电路板材料钻孔/特形铣的工具 本发明涉及一种用于印刷电路板材料钻孔/特形铣(drilling/routing)的工具。通过合金化有钌结合采用细晶粒钴粉的粘结相，性能得到了提高。
硬质合金含有单独作为粘结相的钌或者结合本领域公知的常规的Co和/或Ni。例如，AT 268706公开了一种单独含有Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt和Re或其相结合作为粘结相的硬质合金。US 4,574,011公开了一种为装饰用的含有Co、Ni和Ru作为粘结相的硬质金属组合物。GB 1309634公开了一种具有Ru粘结相的切割工具。GB 622041公开了一种Co+Ru粘结相的硬质合金组合物。
印刷电路板材料的特形铣需要工具材料的性能有较宽的范围，以便能顺利地进行加工。这包括大于2000HV的硬度，大于8MPam1/2的由断裂韧性来定义的抗边缘修整(chipping)性，对来自包括在印刷电路板中的树脂的抗化学侵蚀性，及切割边缘尽可能地锋利。这些要求中的一些相互抵触，例如高硬度趋向于表示边缘韧性降低。因此，用于该应用的新产品需要减小粒度的WC来制得更高的硬度和降低的韧性。然而，如果这与增加钴含量相结合，对于同样的硬度可获得增加的韧性。这也导致切割边缘更锋利，而切割边缘锋利正是所需要地。
本发明主要涉及对亚微级的硬质合金添加钌。添加的程度以粘结剂含量的5和35wt-％之间，右旋在15和30wt-％之间，在大约25wt-％时获得最佳结果。为得到最佳效果，所采用的钴应是细粒度的钴粉，有平均粒度约0.4μm的解聚的(deagglomerated)球形晶粒和窄的粒度分布。优选的是该钴粉为多元醇钴(polyol cobalt)。可做成这种添加剂的钴含量应从5-12％变化，优选的是5-8。WC的平均粒度应＜0.8μm，优选的是＜0.4μm。本发明的硬质合金优选的是纯净的WC+Co级(straight WC+Co grade)但它也可含有＜5wt-％的γ相。
为了获得亚微粒度的WC而加入VC+Cr3C2。因为Ru也可作为一种轻微的晶粒长大抑制剂，所以＜0.9wt-％的VC+Cr3C2添加剂通常就满足了。尤其是如果以wt-％表示的VC+Cr3C2之比是0.2-0.9，优选是0.4-0.8，最优选的是0.6-0.7，则可获得良好的结果。优选的是烧结采用气体压力烧结，也称作HIP烧结(sinter-HIP)。
本发明还涉及一种硬质合金的应用，该合金有亚微粒度的WC和含有10-30wt-％的Ru的粘结相，用于钻孔/特形铣印刷电路板材料的工具。
本发明还涉及一种制备硬质合金体的方法，该合金包含一或多种硬质成分和一种粘结相，该粘结相基于钴、镍和/或铁，该硬质合金体通过粉末冶金方法对形成硬质成分和粘结相的粉末碾磨、加压和烧结而制成，其中所述粘结相含有10-30wt-％的Ru。粘结相粉末的至少一部分由平均粒度约为0.4μm的类似球形且有窄的粒度分布的非聚集颗粒组成，其中该颗粒的至少80％具有在区间X±0.2X内的粒度，假定该偏差的区间(即0.4X)不小于0.1μm。
添加钌所带来的优点如所述是晶粒长大细化的又一元素，增加了对化学侵蚀的抵抗性和粘结相的强化，且由于所用钴含量的增加而没有显著影响边缘韧性。
实施例1
根据本发明的硬质合金PCB铣刀的制造采用的组合物为1.9％的Ru，5.6％的钴，其余为WC(粒度0.2μm)，大约0.7％的(VC+Cr3C2)晶粒长大抑制剂。材料的硬度为2080HV，KlC为8.75MPam1/2。
作为对比，也制备了根据现有技术的PCB铣刀。这种铣刀的一种是由6％的钴和0.4μm的WC制成，硬度为2000-2100HV，另一种硬度相同但是由5％的钴和0.5μm的WC制成。
铣刀研磨直径2.4mm，并按如下测试：
工件材料： 覆铜3mm厚的FR4 PCB，层压三层(three deep)
测试1：30,000rpm，1.2m/min的进给速度，切割150m
测试2：42,000rpm，2.2m/min的进给速度，切割100m
在测试1中，本发明的铣刀达到切割150m的平均磨损比现有技术的采用6％钴的铣刀低25％。
在测试2中，本发明的铣刀达到切割100m的磨损程度还可接受。
根据现有技术的采用5％和6％钴的铣刀在50-75米之间断裂。
实施例2
根据本发明的2.4mm直径的铣刀由如下变化的钌含量的硬质合金制成：
组合物1：1.0％的Ru，6.3％的Co，0.7的VC+Cr3C2，0.2μm的WC
组合物2：1.4％的Ru，6.0％的Co，0.7的VC+Cr3C2，0.2μm的WC
组合物3：1.9％的Ru，5.6％的Co，0.7的VC+Cr3C2，0.2μm的WC
铣刀如下测试：
工件材料： 覆铜3mm厚的FR4 PCB，层压三层
条件： 30,000RPM，1.2m/min的进给速度。
进行加工直到断裂。
结果：
1.0％Ru的-205m(4刀平均值)
1.4％Ru的-333m(5刀平均值)
1.9％Ru的-366m(7刀平均值)
实施例3
根据本发明的硬质合金PCB微型钻的制造采用的组合物为2.2％的Ru，6.4％的钴，其余为WC(粒度0.4μm)，大约0.8％的(VC+Cr3C2)晶粒长大抑制剂。材料的硬度为2010HV，KlC为8MPam1/2。
作为对比，下面根据现有技术的PCB微型钻是由8％的钴和0.4μm的WC制成，硬度为1900HV。
测试微型钻孔并测量磨损。发现在增加进给速度的过程中现有技术的材料显示出低10-15％的耐磨性和低10-15％的抗断裂性，该进给速度从15μm/rev开始并朝向70增加。